一種多功能機(jī)械原理教學(xué)演示儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多功能教學(xué)演示儀，它包括連桿演示模塊、凸輪演示模塊、齒輪演示模塊、不常見機(jī)構(gòu)演示模塊、虛擬演示模塊和其他演示模塊，所述各個演示模塊以《機(jī)械原理》教學(xué)大綱規(guī)定演示內(nèi)容為主線，內(nèi)容涵蓋連桿、凸輪、齒輪、不常見機(jī)構(gòu)等章節(jié)。虛擬演示模塊將演示機(jī)構(gòu)映射到現(xiàn)實(shí)機(jī)構(gòu)，幫助學(xué)生更好地理解。這種多功能教學(xué)演示儀能夠具有集成度高，自動化程度高并且靈活多變的特點(diǎn)，貼合未來教學(xué)的需求能夠解放教師雙手，通過自動演示配合老師教學(xué)，活躍教學(xué)氣氛。
【專利說明】一種多功能機(jī)械原理教學(xué)演示儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動教學(xué)演示儀，具體是一種用來演示《機(jī)械原理》教學(xué)內(nèi)容的自動演示機(jī)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在認(rèn)識新知識的階段，直觀教具所具有的直觀性起著促進(jìn)注意力發(fā)展和深入的作用。機(jī)械類課程的內(nèi)容豐富，涉及的機(jī)構(gòu)、機(jī)械原理眾多，為了讓學(xué)生更好的理解機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)以及在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，大學(xué)教學(xué)中經(jīng)常會用到等比例縮小的機(jī)械模型，例如蒸汽機(jī)，牛頭刨床等。這些傳統(tǒng)的實(shí)物教具存在著許多缺陷，如教師在上課時經(jīng)常需要運(yùn)用到大量的實(shí)物模型來進(jìn)行演示，課前準(zhǔn)備工作多，搬運(yùn)也不方便。同時，模型是既定的形式，無法根據(jù)老師的講課進(jìn)行靈活的配合。針對上述問題，本項(xiàng)目組提出了一種一機(jī)多用，多功能，多機(jī)構(gòu)的機(jī)械自動演示儀。因此，設(shè)計一種集成度高，自動化程度高并且靈活多變的演示儀來貼合未來教學(xué)的需求勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠自動演示《機(jī)械原理》教學(xué)內(nèi)容，具有集成度高、靈活高效等特點(diǎn)，滿足老師上課需求的多功能教學(xué)演示儀。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:研制一種自動教學(xué)演示儀，該演示儀包含連桿演示模塊、凸輪演示模塊、齒輪演示模塊、不常見機(jī)構(gòu)演示模塊、虛擬演示模塊和其他演示模塊，所述演示模塊以《機(jī)械原理》教學(xué)大綱規(guī)定演示內(nèi)容為主線，內(nèi)容涵蓋連桿、凸輪、齒輪、不常見機(jī)構(gòu)等章節(jié)。通過虛擬現(xiàn)實(shí)演示將所有實(shí)物演示內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)機(jī)構(gòu)結(jié)合，達(dá)到情境結(jié)合的教學(xué)目的。本演示儀的設(shè)計，能夠達(dá)到一機(jī)多用，多功能，全自動演示的目的，根據(jù)老師講解進(jìn)度自動演示對應(yīng)機(jī)構(gòu)或者機(jī)械實(shí)例，保證教學(xué)質(zhì)量。
[0005]所述連桿演示模塊演示板4由連桿7、變形彎軌8、滑塊6、絲杠9組成，通過電機(jī)驅(qū)動帶動齒輪轉(zhuǎn)動，為自動演示提供動力。面可演示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動副尺寸擴(kuò)大演變?yōu)槠妮啓C(jī)構(gòu)、整轉(zhuǎn)副存在條件、曲柄存在條件、連桿機(jī)構(gòu)急回特性、死點(diǎn)等內(nèi)容；反面可演示反轉(zhuǎn)法設(shè)計鉸鏈四桿。
[0006]所述連桿演示模塊演示版用于演示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)位置的演變，分別用銷子將不同桿件固定，啟動電機(jī)演示不同機(jī)架下的四桿機(jī)構(gòu)。
[0007]所述凸輪演示模塊演示板轉(zhuǎn)盤和凸輪均可繞同一中心軸各自轉(zhuǎn)動，從動件安裝在轉(zhuǎn)盤的滑槽內(nèi)，并可隨轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動。該演示板用來演示反轉(zhuǎn)法原理，如反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪。
[0008]所述的齒輪演示模塊用于演示蝸輪蝸桿傳動、斜齒輪傳動、直齒輪傳動、錐齒輪傳動、輪系演示。通過齒輪傳動結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)齒輪周轉(zhuǎn)方向、受力分析、傳動比、齒輪變位等知識點(diǎn)的教學(xué)演示。
[0009]所述齒輪演示模塊能夠?qū)崿F(xiàn)定軸輪系、行星輪系、差動輪系、復(fù)合輪系多輪系變換。[0010]所述的不常見機(jī)構(gòu)演示模塊所有演示內(nèi)容均放在連桿部分演示板的反面來完成，老師通過在活動鉸鏈上安放不同構(gòu)件，啟動電機(jī)后自動演示不同的機(jī)構(gòu)。
[0011]所述的虛擬演示模塊以視覺形式反映了機(jī)械的思想，在學(xué)習(xí)相關(guān)知識點(diǎn)之前，虛擬現(xiàn)實(shí)把概念變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量與效率的目的。
[0012]所述其他模塊包括起升掛圖機(jī)構(gòu)和演示版夾持機(jī)構(gòu)。起升掛圖機(jī)構(gòu)的作用是展示掛圖，自動調(diào)節(jié)掛圖高度，便于老師教學(xué)。演示板夾持機(jī)構(gòu)由齒輪、夾具、支撐板、齒條組成用于連桿和凸輪教學(xué)內(nèi)容演示板的夾持，演示板可固定在夾具上，并且能夠?qū)崿F(xiàn)翻轉(zhuǎn)方便演示教學(xué)。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:具有集成度高，自動化程度高并且靈活多變的特點(diǎn)，貼合未來教學(xué)的需求勢在必行，解放教師雙手，通過自動演示配合老師教學(xué)，活躍教學(xué)氣氛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的軸測圖；
圖2為本發(fā)明的正視圖；
圖3為演示板的正視圖；
圖4為演示板的后視圖；
圖5為演示板的軸測圖；
圖6為推送夾持機(jī)構(gòu)軸承圖
其中:1_演示儀外殼、2-顯示器、3-演示板擋板、4-演示板、5-起升掛圖機(jī)構(gòu)、6-滑塊、
7-連桿、8-變形彎軌、9-絲杠、10-連桿、11-彎槽。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施。
[0016]參見附圖3-5所述連桿演示模塊用來演示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動副尺寸擴(kuò)大演變?yōu)槠妮啓C(jī)構(gòu)、整轉(zhuǎn)副存在條件、曲柄存在條件、連桿機(jī)構(gòu)急回特性、死點(diǎn)等內(nèi)容；反面可演示反轉(zhuǎn)法設(shè)計鉸鏈四桿。
[0017]參見附圖1-2所述凸輪演示模塊演示反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪。所述的齒輪演示模塊用于演示蝸輪蝸桿傳動、斜齒輪傳動、直齒輪傳動、實(shí)現(xiàn)齒輪周轉(zhuǎn)方向、受力分析、傳動比、齒輪變位、定軸輪系、行星輪系等知識點(diǎn)的教學(xué)演示。所述的不常見機(jī)構(gòu)演示模塊。所述其他模塊包括起升掛圖機(jī)構(gòu)和演示版夾持機(jī)構(gòu)用來展示掛圖，自動調(diào)節(jié)掛圖高度；演示板夾持機(jī)構(gòu)演示板的夾持和翻轉(zhuǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能《機(jī)械原理》教學(xué)演示儀，其特征在于:包括連桿演示模塊、凸輪演示模塊、齒輪演示模塊、不常見機(jī)構(gòu)演示模塊、虛擬演示模塊和其他演示模塊，其中: 所述連桿演示模塊由兩塊演示板4組成，包括連桿7、變形彎軌8、滑塊6、絲杠9 ； 所述凸輪演示模塊包括底架、從動桿、凸輪、轉(zhuǎn)盤； 所述齒輪演示模塊由自由變換輪系機(jī)構(gòu)和推送夾持機(jī)構(gòu)組成，包括渦輪蝸桿、直齒輪、錐齒輪、軸承座、支撐架； 所述不常見機(jī)構(gòu)演示模塊位于演示板4上； 所述虛擬演示模塊包括傳感器、PC端、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件、控制臺、顯示器2 ; 所述其他演示模塊由起升掛圖機(jī)構(gòu)5和演示板夾持機(jī)構(gòu)組成，由渦輪蝸桿、圓柱齒輪、鏈輪鏈條組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿演示模塊演示板4，其特征在于:所述的演示板4由連桿、齒輪、變形彎軌、滑塊、絲杠組成，通過電機(jī)驅(qū)動帶動齒輪轉(zhuǎn)動，為自動演示提供動力，絲杠轉(zhuǎn)動帶動滑塊作直線運(yùn)動實(shí)現(xiàn)固定桿長度的改變，此過程實(shí)現(xiàn)了變形彎軌由“彎”變“直”完成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿演示模塊演示版4，其特征在于:所述四連桿由銷子固定，通過電機(jī)帶動其中某桿件轉(zhuǎn)動，此過程實(shí)現(xiàn)了演示不同機(jī)架下的四桿機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸輪演示模塊演示板4，其特征在于:所述轉(zhuǎn)盤和凸輪均可繞同一中心軸各自轉(zhuǎn)動，從動件安裝在轉(zhuǎn)盤的滑槽內(nèi)，并可隨轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動，凸輪軸、轉(zhuǎn)盤齒輪和齒輪曲柄共軸線，并均可獨(dú)立轉(zhuǎn)動，凸輪軸由單一電機(jī)驅(qū)動，不完全齒輪固定在同一軸上，此軸由另一電機(jī)驅(qū)動，齒輪、曲柄與從動件構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄滑塊可在齒輪曲柄的帶動下在滑槽里上下移動，當(dāng)演示凸輪帶動從動件運(yùn)動時，撥叉將不完全齒輪撥開，此時電機(jī)不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤齒輪與轉(zhuǎn)盤也不動，而電機(jī)帶動凸輪轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)從動件的上下移動，而當(dāng)電機(jī)與凸輪靜止，電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，從動件可繞凸輪反轉(zhuǎn)且從動件隨之上下移動，把凸輪去掉，同時撥叉將不完全齒輪撥到右面嚙合，打開電機(jī)，不完全齒輪分別帶動齒輪曲柄和轉(zhuǎn)盤齒輪轉(zhuǎn)動，此過程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)60°停歇一次的間歇運(yùn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪演示模塊，其特征在于:此演示部分主要用于演示蝸輪蝸桿傳動、斜齒輪傳動、直齒輪傳動、錐齒輪傳動、輪系演示，通過齒輪傳動結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)齒輪周轉(zhuǎn)方向、受力分析、傳動比、齒輪變位等知識點(diǎn)的教學(xué)演示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪演示模塊，其特征在于:此演示部分能夠?qū)崿F(xiàn)定軸輪系、行星輪系、差動輪系、復(fù)合輪系多輪系變換，改變了以往演示輪系需要多個平臺、多個電機(jī)完成的缺點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不常見機(jī)構(gòu)演示模塊，其特征在于:此部分的所有演示內(nèi)容均放在連桿部分演示板4的反面完成，通過電機(jī)帶動放置在在活動鉸上的不同構(gòu)件以實(shí)現(xiàn)演示不同的不常見機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬演示模塊，其特征在于:所述位移傳感器加裝在教具零件上的特征裝配部位，所有傳感器的接口接入下位機(jī)，下位機(jī)接收到實(shí)時的位移信號，通過與PC端的串口通信 程序鏈接，將信息發(fā)送給虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的控制臺程序進(jìn)行解析，顯示器2將解析后的數(shù)據(jù)反映在虛擬現(xiàn)實(shí)畫面上，使虛擬現(xiàn)實(shí)畫面中的機(jī)械進(jìn)行實(shí)時運(yùn)作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的其他模塊，其特征在于:所述演示板夾持機(jī)構(gòu)主要由齒輪、夾具、支撐板、齒條組成，演示板可固定在所述夾具上，電機(jī)帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過齒輪齒條的傳動及電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了夾 具的夾持與松開以及翻轉(zhuǎn)。
【文檔編號】G09B25/02GK103745645SQ201310524044
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】李宇庭, 沈小華, 劉旭帥, 陸體文, 王佳瑩, 馬登云, 方凡濤, 潘瑞, 鄧思琪, 張敏, 冼土廉 申請人:馬登云